WO2002061347A1

WO2002061347A1 - Domestic heating system

Info

Publication number: WO2002061347A1
Application number: PCT/EP2002/000948
Authority: WO
Inventors: Helmut Ucke; Dieter Reintanz
Original assignee: Innovationen Zur Verbrennungstechnik GmbH
Current assignee: Innovationen Zur Verbrennungstechnik GmbH
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2003-07-30

Abstract

The invention relates to a domestic heating system (1) for heating structures and preparing warm water, having a maximum output of 1 MW, comprising a boiler system (50) containing at least one burner (51) and at least one combustion chamber (52), the burner (51) being directed towards the combustion chamber (52). In order to produce said domestic heating system (1) which has increased efficiency and reduced waste gas values which can also be adapted to the respective heat requirement in a simple way, a plurality of combustion chambers (52) is provided and the inner cross-sectional surface of the individual combustion chamber (52) is, respectively, less than 700 cm<2>.

Description

"Hausheizungsanlage" "House heating system"

Die Erfindung betrifft eine Hausheizungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a house heating system according to the preamble of claim 1.

Hausheizungsanlagen der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bereits seit langem bekannt. Bei den bekannten Hausheizungsanlagen ist üblicherweise ein einziger Brenner vorgesehen, der in die einzige Brennkammer gerichtet ist, die je nach Leistung einen Durchmesser von bis zu 40 cm aufweist, was einer Quer- schnittsfläche von etwa 1250 cm² entspricht. Die bekannte Hausheizungsanlage weist eine Vielzahl von Nachteilen auf. Ein wesentlicher Nachteil besteht in dem vergleichsweise schwankenden Wirkungsgrad, der sich im wesentlichen durch Witterungseinflüsse und aufgrund von Wärmeverlusten durch Abgase (sogenannter Schornsteinverlust) ergibt. Dieser Wärmeverlust ergibt sich unter ande- rem dadurch, daß der Wärmeübergang von der Flamme bzw. den Rauchgasen durch die Wandung der Brennkammer auf das Wärmeübertragungsmedium (Wasser) bei der vom Querschnitt her recht großflächigen Brennkammer zum Teil sehr schlecht ist und zwar insbesondere, wenn die Hausheizungsanlage im Teillast-Betrieb (ständiges kurzzeitiges Hochheizen) gefahren wird.Home heating systems of the type mentioned have long been known in practice. In the known domestic heating systems, a single burner is usually provided, which is directed into the single combustion chamber which, depending on the output, has a diameter of up to 40 cm, which corresponds to a cross-sectional area of approximately 1250 cm ² . The known house heating system has a number of disadvantages. A major disadvantage is the comparatively fluctuating efficiency, which mainly results from weather conditions and heat losses due to exhaust gases (so-called chimney loss). This heat loss results, among other things, from the fact that the heat transfer from the flame or the flue gases through the wall of the combustion chamber to the heat transfer medium (water) is in part very poor in the combustion chamber, which has a relatively large cross section, in particular if the House heating system is operated in partial load operation (constant brief heating).

Während des Betriebes der Heizungsanlage wird die erzeugte Brennerwärme größtenteils über die Stahlungsheizflächen aufgenommen. Bei den bekannten Heizungs anlagen ist das Verhältnis von Strahlungsheizfläche zur Flammenoberfläche sehr groß, die Heizflächenbelastung ist damit sehr gering.During the operation of the heating system, the burner heat generated is largely absorbed via the steel heating surfaces. In the known heating systems, the ratio of radiant heating surface to the flame surface is very large, so the heating surface load is very low.

Grundsätzlich ist eine Verbesserung des Wärmeübergangs bei der bekannten Hausheizungsanlage zwar möglich. Dies setzt jedoch hohe Flammentemperaturen und Vollast-Betrieb der Anlage voraus. Verbunden mit hohen Flammen- temperaturen ist allerdings ein überproportionaler Anstieg der NO_x-Emissionen die Folge. Dem könnte durch Verwendung eines Brennstoffs mit verringertem Stickstoffanteil, insbesondere trifft dies für Erdgas zu, zwar entgegengewirkt werden. Allerdings ist die Beschränkung auf stickstoffarme Brennstoffe zwar eine wünschenswerte, wenngleich aber kaum machbare Primärmaßnahme. Primärmaßnahmen zur NO_x-Bildungsunterdrückung sind deshalb vor allem die feuerungstechnischen bzw. thermodynamischen Maßnahmen, die vom Beginn der Flammenzone bis zum Ende des Feuerraumes wirksam werden. Problematisch ist allerdings, daß die feuerungstechnischen Primärmaßnahmen grundsätzlich die Thermodynamik des Verbrennungsprozesses nicht fordern. Ihre Nutzung ist nur bis zu einem gewissen Punkt möglich, an dem eine deutliche Verschlech- terung des thermodynamischen Wirkungsgrades sowie Nachteile für den Kesselbetrieb einsetzen, nämlich beispielsweise schlechter Ausbrand, Ruß- und CO- Bildung, Heizflächenverschmutzung, Verschlackung, Korrosion und Brennerstörungen.Basically, an improvement in the heat transfer in the known house heating system is possible. However, this requires high flame temperatures and full load operation of the system. Combined with high flame temperatures, however, this results in a disproportionate increase in NO _x emissions. This could be counteracted by using a fuel with a reduced nitrogen content, particularly in the case of natural gas. However, the restriction to low-nitrogen fuels is a desirable, but hardly feasible primary measure. Primary measures for NO _x formation suppression are therefore primarily the firing or thermodynamic measures that are in place from the beginning the flame zone until the end of the combustion chamber. It is problematic, however, that the primary firing measures do not fundamentally require the thermodynamics of the combustion process. They can only be used up to a certain point at which there is a significant deterioration in the thermodynamic efficiency and disadvantages for the boiler operation, for example poor burnout, soot and CO formation, heating surface contamination, slagging, corrosion and burner malfunctions.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Hausheizungsanlage besteht darin, daß die Steuerungsmöglichkeiten üblicherweise sehr begrenzt und die Reaktion der Heizung auf einen geänderten Wärmebedarf relativ träge ist. Die bekannte Hausheizungsanlagen arbeitet in der Regel im "Stop and Go-Betrieb".Another disadvantage of the known house heating system is that the control options are usually very limited and the reaction of the heating to a changed heat requirement is relatively sluggish. The well-known house heating systems usually works in "stop and go operation".

Bei Industrieheizungsanlagen mit einer Leistung von häufig weit mehr als 1 MW ist es bekannt, Heizkessel mit einer Mehrzahl von Brennkammern zu verwenden. Die Verwendung einer Mehrzahl der Brennkammern ist erforderlich, um die notwendige Leistung der Heizungsanlage zu gewährleisten. Die einzelnen Brennkammern haben dabei üblicherweise Durchmesser von mehr als 50 cm.In industrial heating systems with an output of often far more than 1 MW, it is known to use boilers with a plurality of combustion chambers. The use of a plurality of the combustion chambers is necessary to ensure the necessary performance of the heating system. The individual combustion chambers usually have diameters of more than 50 cm.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hausheizungsanlage der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die mit einem hohen Wirkungsgrad über den gesamten Lastbereich betrieben werden kann, möglichst geringe Schadstoffemissionen hat und im übrigen schnell auf Temperatur- bzw. Wärmebedarfsänderungen reagiert.The object of the present invention is to provide a domestic heating system of the type mentioned at the outset which can be operated with a high degree of efficiency over the entire load range, has the lowest possible pollutant emissions and, moreover, reacts quickly to changes in temperature or heat requirements.

Die zuvor hergeleitete und angegebene Aufgabe ist bei einer Hausheizungsanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß im wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The previously derived and specified object is achieved according to the invention in a house heating system of the type mentioned essentially by the characterizing features of claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit der Realisierung einer Mehrzahl von Brennkammern mit jeweils vergleichsweise kleiner Brennkammeroberfläche ergeben sich eine Reihe von zum Teil wesentlichen Vorteilen. Ein wesentlicher Vorteil vom Übergang der bekannten Emflan__unenteclιnik zur erfϊndungsgemä- ßen Vielflammentechnik mit vergleichsweise kleinen Brennkammern liegt zunächst einmal darin, daß eine Herabsetzung der Flammspitzentemperaturen er- möglicht wird, da die Flamme von der Brennkammer wesentlich dichter umgeben ist. Bei Verwendung einer Mehrzahl kleinerer Brennkammern mit gleicher bzw. auch verschiedener unterschiedlicher Innenquerschnittsflächen ist die Gesamtoberfläche aller Brennkammern zur Wärmeübertragung bei gleicher Heiz- leistung viel kleiner als bei der Einflammentechnik. Bei der Erfindung ergibt sich damit eine Reduzierung des bekannten Brennkammeroberflächenverhältnisses zur Flammenoberfläche, so daß sich eine sehr viel höhere Heizflächenbelastung als beim Stand der Technik ergibt. Aufgrund der Verringerung der Innenquer- schnittsfläche der einzelnen Brennkammern treten bei der erfindungsgemäßen Hausheizungsanlage weitaus weniger Toträume auf, die üblicherweise nur zu geringen Teilen an der Wärmeübertragung im Stahlungsbereich beteiligt sind. Der Wärmeübergang ist bei der Mehrflammentechnik damit insgesamt besser als beim Stand der Technik, was zu einer Wirkungsgraderhöhung führt. Durch mehrere kleine Flammen in jeweils kleinen Brennkammern kommt es zu einer direk- teren Wärmeübertragung im Strahlungsbereich. Die Flammenumgebung ist insgesamt kälter, so daß sich aufgrund der so erzeugten "kalten Flammen" die NO_x- Emission reduziert.The configuration according to the invention with the implementation of a plurality of combustion chambers, each with a comparatively small combustion chamber surface, results in a number of advantages, some of which are significant. A major advantage of the transition from the known Emflan__unenteclιnik to the multi-flame technology according to the invention with comparatively small combustion chambers is first of all that the flame tip temperatures are reduced. is possible because the flame is surrounded by the combustion chamber much denser. When using a plurality of smaller combustion chambers with the same or different internal cross-sectional areas, the total surface area of all combustion chambers for heat transfer with the same heating output is much smaller than with single-flame technology. In the invention, this results in a reduction in the known combustion chamber surface ratio to the flame surface, so that there is a much higher heating surface load than in the prior art. Because of the reduction in the internal cross-sectional area of the individual combustion chambers, there are far fewer dead spaces in the house heating system according to the invention, which are usually only involved to a small extent in the heat transfer in the steel area. The heat transfer in multi-flame technology is thus better overall than in the prior art, which leads to an increase in efficiency. Multiple small flames in small combustion chambers result in more direct heat transfer in the radiation area. The flame environment is colder overall, so that the NO _x emission is reduced due to the "cold flames" generated in this way.

Der erhöhte Wirkungsgrad läßt sich, wie zuvor bereits ausgeführt worden ist, bei verringerten Flammspitzentemperaturen erreichen. Dies führt im Ergebnis außerdem dazu, daß weniger schädliche Abgase entstehen. Ein weiterer ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die erfindungsgemäße Hausheizungsanlage eine schnelle und zügige Anpassung an geänderte Temperaturen bzw. an einen geänderten Wärmebedarf erlaubt, ohne daß hierunter der Wir- kungsgrad der Hausheizungsanlage zu sehr leidet. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung gestattet es nämlich, daß in Abhängigkeit des Wärmebedarfs einzelne Brenner zu- oder abgeschaltet werden können. Der jeweilige geforderte Wärmebedarf hängt einerseits von den Außentemperaturen, der Wärmedämmung des Hauses und der wärmeführenden Leitungen, dem Warmwasserbedarf und den zu beheizenden Räumen ab. Andererseits hängt der Wärmebedarf aber auch beispielsweise bei einem Mehrfamilienhaus davon ab, ob nur einzelne oder aber beispielsweise alle Wohnungen eines Mehrfamilienhauses beheizt oder mit Warmwasser versorgt werden. Die erfindungsgemäße Hausheizungsanlage ist mit einer Mehrzahl von kleinen Brennkammern erheblich flexibler und im übri- gen erheblich wirtschaftlicher zu betreiben als eine Hausheizungsanlage mit nur einer großen Brennkammer, da das Mehrbrennkammerprinzip den individuellen Wärmebedarf durch Zu- und Abschalten einzelner Brenner am wirtschaftlichsten abdecken kann.The increased efficiency can, as has already been explained above, be achieved with reduced flame tip temperatures. As a result, this also results in less harmful exhaust gases. Another very important advantage of the invention lies in the fact that the house heating system according to the invention allows a quick and rapid adaptation to changed temperatures or to a changed heat requirement without the efficiency of the house heating system suffering too much. The embodiment according to the invention allows individual burners to be switched on or off depending on the heat requirement. The required heat requirements depend on the one hand on the outside temperatures, the thermal insulation of the house and the heat pipes, the hot water requirement and the rooms to be heated. On the other hand, the heat requirement in an apartment building, for example, also depends on whether only individual apartments or all apartments in an apartment building, for example, are heated or supplied with hot water. The house heating system according to the invention can be operated with a plurality of small combustion chambers considerably more flexibly and, moreover, considerably more economically than a house heating system with only one large combustion chamber, since the multi-combustion chamber principle allows the individual Can cover heat demand most economically by switching individual burners on and off.

Im Ergebnis stellt die Erfindung damit eine Heizungsanlage mit erhöhtem Wirkungsgrad zur Verfügung, die über den gesamten Lastbereich individuell anpaßbar und langfristig flexibel ist. Die Anlage ist dabei so konzipiert, daß auch sämtliche Veränderungen am Haus wie Wärmedämmung, Anbauten und dergleichen durch geringfügige Änderungen an der Heizungsanlage angepaßt werden können.As a result, the invention thus provides a heating system with increased efficiency, which can be individually adapted over the entire load range and is flexible in the long term. The system is designed so that all changes to the house such as insulation, attachments and the like can be adapted by minor changes to the heating system.

Wie zuvor bereits angedeutet worden ist, ist es grundsätzlich möglich, Brennkammern mit gleichen oder aber mit unterschiedlichen (Innen-)Durchmessern bzw. Querschnittsflächen zu verwenden. Die Wahl der Größe und Anzahl der Brennkammern hängt von den jeweiligen Einsatzbedingungen ab. Bevorzugt ist es aber insbesondere, bei einer Hausheizungsanlage eine Mehrzahl von Brennkammern zu verwenden, wobei einzelne Brennkammern unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen. So können beispielsweise eine bestimmte Anzahl von Brennkammern mit einem ersten Querschnitt, eine bestimmte Anzahl von Brennkammern mit einem zweiten Querschnitt und eine bestimmte Anzahl von Brennkammern mit einem dritten Querschnitt vorgesehen sein, wobei die einzelnen Querschnitte unterschiedlich sein können.As has already been indicated above, it is fundamentally possible to use combustion chambers with the same or with different (inner) diameters or cross-sectional areas. The choice of size and number of combustion chambers depends on the respective operating conditions. However, it is particularly preferred to use a plurality of combustion chambers in a house heating system, with individual combustion chambers having different cross-sectional areas. For example, a certain number of combustion chambers with a first cross section, a certain number of combustion chambers with a second cross section and a certain number of combustion chambers with a third cross section can be provided, wherein the individual cross sections can be different.

Während die maximale Querschnittsfläche in jedem Falle kleiner 700 cm² ist, liegen bevorzugte Kammerquerschnitte zwischen 3 cm² und 400 cm². Vorliegend wird darauf verzichtet, einzelne diskrete Werte in dem vorgenannten Intervall anzugeben, obwohl alle Werte in dem vorgenannten Intervall relevant sind. Zur Erreichung eines günstigen Wirkungsgrades sollte die Innenquerschnittsfläche der einzelnen Brennkammern aber nicht größer als 30 cm² sein.While the maximum cross-sectional area is less than 700 cm ² in any case, preferred chamber cross-sections are between 3 cm ² and 400 cm ² . In the present case, individual discrete values are not given in the aforementioned interval, although all the values in the aforementioned interval are relevant. To achieve a favorable efficiency, the internal cross-sectional area of the individual combustion chambers should not be larger than 30 cm ² .

Um eine optimale Flächenausnutzung der einzelnen Brennkammern zu erreichen und dabei gleichzeitig Toträume in den einzelnen Brennkammern zu vermeiden, sind die einzelnen Brennkammern vorzugsweise als Rohre ausgebildet. Die einzelnen Rohre können dabei entweder nebeneinander in einer oder mehreren Ebenen, ringförmig oder aber im Bündel in einem Heizkessel angeordnet sein. Auch eine Anordnung über die gesamte Fläche des Heizkessels ist möglich. Bevorzugt ist in jedem Falle, daß die Brennkammern im unteren Bereich des Heizkessels angeordnet sind, da sich dort das kältere Wasser befindet.In order to achieve an optimal use of the area of the individual combustion chambers and at the same time to avoid dead spaces in the individual combustion chambers, the individual combustion chambers are preferably designed as pipes. The individual pipes can either be arranged next to one another in one or more levels, in a ring or else in a bundle in a boiler. An arrangement over the entire surface of the boiler is also possible. Prefers is in any case that the combustion chambers are arranged in the lower area of the boiler, since the colder water is located there.

Wie zuvor bereits ausgeführt worden ist, bietet die erfindungsgemäße Ausge- staltung den Vorteil, daß einzelne Brenner wärmebedarfsabhängig zu- oder abgeschaltet werden können. Um eine automatische Zu- oder Abschaltung zu gewährleisten, ist eine entsprechende Steuereinrichtung vorgesehen. Die Steuereinrichtung kann dabei eine feste Programmierung aufweisen oder aber freiprogrammierbar sein, so daß der Betrieb der Hausheizungsanlage bedarfsweise vor Ort durch den Benutzer selbst eingestellt werden kann. Dabei versteht es sich, daß diese Steuereinrichtung mit entsprechenden Sensoren zur Erfassung der Außen-, Rauminnen- und/oder Warmwassertemperatur versehen sein sollte, um den optimalen Betriebspunkt der Hausheizungsanlage zu fahren.As has already been explained above, the configuration according to the invention offers the advantage that individual burners can be switched on or off depending on the heat requirement. A corresponding control device is provided to ensure automatic switching on or off. The control device can have a fixed programming or can be freely programmable, so that the operation of the house heating system can be adjusted on site by the user if necessary. It goes without saying that this control device should be provided with appropriate sensors for detecting the outside, inside and / or hot water temperature in order to drive the optimal operating point of the house heating system.

Von ganz besonderem Vorteil ist es, daß der Kesselanlage wenigstens eine mindestens einen Adsorber mit einem stickstoffadsorbierenden Adsorptionsmittel aufweisenden Adsorptionseinrichrung zur Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft durch Abtrennung zumindest eines Teils des Stickstoffs aus der Verbrennungsluft zugeordnet ist. Durch die Verwendung einer Adsorptionsein- richtung der vorgenannten Art läßt sich der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Hausheizungsanlage weiter steigern, da sich durch die Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft eine vollständigere Verbrennung ergibt. Außerdem weist die so erzeugte Verbrennungsluft damit weniger "Ballast" auf, was die Wärmeverluste durch reduzierte Abgasmengen weiter verringert. Darüber hinaus führt die Verringerung des Stickstoffes in der Verbrennungsluft auch dazu, daß weniger Stickoxide entstehen können.It is particularly advantageous that the boiler system is assigned at least one adsorption device with at least one adsorber with a nitrogen-adsorbing adsorbent for oxygen enrichment of the combustion air by separating at least some of the nitrogen from the combustion air. By using an adsorption device of the aforementioned type, the efficiency of the house heating system according to the invention can be further increased, since the oxygenation of the combustion air results in a more complete combustion. In addition, the combustion air generated in this way has less "ballast", which further reduces the heat losses due to reduced exhaust gas quantities. In addition, the reduction in nitrogen in the combustion air also means that less nitrogen oxides can be generated.

Es versteht sich allerdings, daß auch jede andere Art einer Sauerstofferzeugungsanlage statt einer Adsorptioriseinrichtung verwendet werden kann.However, it goes without saying that any other type of oxygen production system can also be used instead of an adsorptive device.

Bei der vorliegenden Erfindung ist weiter erkannt worden, daß die Sauerstoffanreicherung der den Brennkammern zugeführten Verbrennungsluft dem Grunde nach vorteilhaft ist, jedoch nur in einem ganz bestimmten Maße. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß lediglich ein Teil der der Verbrennung zugeführten Verbrennungsluft sauerstoffangereichert wird. Bevorzugt ist dabei, daß der Sauerstoffanteil der der Verbrennung zugeführten Verbrennungsluft zwi- sehen 21 % und 30 % beträgt. Auch bei diesen Sauerstoffwerten läßt sich eine erheblich verbesserte Verbrennung mit einem erhöhten Wirkungsgrad erzielen. Da lediglich ein Teil der der Verbrennung zugeführten Verbrennungsluft sauerstoffangereichert wird, also nur ein Teil der der Verbrennung zugeführten Ver- brennungsluft über die Adsorptionseinrichtung geführt werden muß, kann diese recht klein, also mit einem geringen Bauvolumen ausgeführt werden. Allerdings versteht es sich, daß es auch möglich ist, den gesamten Volumenstrom der Verbrennungsluft über die Adsorptionsanlage zu führen.In the present invention, it has also been recognized that the oxygen enrichment of the combustion air supplied to the combustion chambers is fundamentally advantageous, but only to a certain extent. According to the invention it is therefore provided that only a part of the combustion air supplied to the combustion is enriched with oxygen. It is preferred that the oxygen portion of the combustion air supplied to the combustion between see is 21% and 30%. With these oxygen values, too, significantly improved combustion can be achieved with increased efficiency. Since only part of the combustion air supplied to the combustion is oxygen-enriched, that is to say only part of the combustion air supplied to the combustion has to be passed through the adsorption device, it can be quite small, that is to say it can be carried out with a small construction volume. However, it goes without saying that it is also possible to conduct the entire volume flow of the combustion air via the adsorption system.

Bevorzugt wird bei der Adsoφtionseinrichtung als Adsoφtionsmittel für den Stickstoff ein Zeolith verwendet, wobei es sich im übrigen anbietet, daß dem Ad- sorber eine Verdichtungseinrichtung vorgeschaltet ist. Der erzeugte Druck der Verdichtungseinrichtung sollte dem optimalen Auslegungspunkt der Adsoφ- tionsanlage nahekommen und/oder an die verfahrenstechnischen Bedürfnisse des Verbrennungsprozesses angepaßt sein. Als Verdichtungsemrichtung kann grundsätzlich jegliche Art von Verdichter eingesetzt werden.A zeolite is preferably used as the adsorption agent for the nitrogen in the adsorption device, but it is also advisable that a compression device be connected upstream of the adsorber. The pressure generated by the compression device should come close to the optimal design point of the adsorption system and / or be adapted to the procedural requirements of the combustion process. In principle, any type of compressor can be used as the compression device.

Weiterhin bietet es sich an, wenn zusätzlich zum Adsoφtionsmittel im Adsorber ein Trockenmittel vorgesehen ist und/oder der Adsoφtionsanlage eine Kälte- oder Lufttrocknungsanlage zugeordnet bzw. vorgeschaltet ist. Hierdurch wird der Anteil an Wasserdampf in der Verbrennungsluft verringert, was letztlich weniger Ballast bedeutet und die Zeolithe schützt.Furthermore, it is useful if a desiccant is provided in addition to the adsorbent in the adsorber and / or a refrigeration or air drying system is assigned to the adsorption system or upstream. This reduces the amount of water vapor in the combustion air, which ultimately means less ballast and protects the zeolites.

Zudem ist es bevorzugt, daß dem Adsorber ein Ausgleichsbehälter für Luft vor- und für stickstoffreduzierte Luft nachgeschaltet ist. Der vorgeschaltete Ausgleichsbehälter kann gerade dann sinnvoll sein, wenn als Verdichter ein Kolbenverdichter verwendet wird, um Pulsationen zu vermeiden. Dieser Ausgleichsbehälter dient dann als Dämpfungseinrichtung. Der nachgeschaltete Ausgleichsbehälter dient als Puffer, so daß auch in solchen Betriebszuständen, bei denen über den Adsorber nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden kann, stets ein hinreichender Anteil sauerstoffangereicherter Verbrennungsluft zur Verfügung steht.In addition, it is preferred for the adsorber to be preceded by an expansion tank for air and downstream for nitrogen-reduced air. The upstream expansion tank can be useful if a piston compressor is used as a compressor to avoid pulsations. This expansion tank then serves as a damping device. The downstream expansion tank serves as a buffer, so that a sufficient proportion of oxygen-enriched combustion air is always available even in those operating states in which insufficient oxygen can be made available via the adsorber.

Bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, daß der zuvor beschriebene Ver- dichter mit einem Druckschalter im Ausgleichsbehälter zusammenwirkt, so daß bei Erreichen eines bestimmten Druckes im Ausgleichsbehälter der Verdichter abgestellt bzw. im Leerlauf weiter betrieben oder aber zugeschaltet wird. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Adsoφtionsleistung der Wärmeleistung der Hausheizungsanlage anzupassen. Hier ist dann eine direkte Abhängigkeit von der Verbrennung bzw. vom Sauerstoff- Verbrauch vorgesehen, was über eine Dreh- zahlregelung des Verdichters geschehen kann, während die zuvor beschriebene Aus_führungsform unabhängig von der Verbrennung und damit vom Sauerstoff- Verbrauch ist, wobei allerdings vorgesehen sein muß, daß jederzeit der benötigte Sauerstoff zur Verfügung steht.In this context, it is preferred that the compressor described above cooperates with a pressure switch in the expansion tank, so that when a certain pressure is reached in the expansion tank, the compressor turned off or continued to operate at idle or switched on. In principle, however, it is also possible to adapt the adsorption performance to the thermal output of the house heating system. There is then a direct dependency on the combustion or on the oxygen consumption, which can be done by regulating the speed of the compressor, while the embodiment described above is independent of the combustion and thus of the oxygen consumption, although this must be provided that the required oxygen is available at all times.

Weiter ist bevorzugt, wenn nach Abschaltung der Adsoφtionseinrichtung die den Ausgleichsbehältern vor- und nachgeschalteten Ventile geschlossen werden, um den Überdruck im jeweiligen Ausgleichsbehälter zu halten.It is further preferred if, after the adsorption device has been switched off, the valves upstream and downstream of the expansion tanks are closed in order to maintain the excess pressure in the respective expansion tank.

Da ein Adsorber nicht unendlich lang bei gleicher Adsoφtionsleistung betrieben werden kann, ist am Adsorber eine Stickstoff- Ablaßleitung vorgesehen, über die der adsorbierte Stickstoff über Druckentlastung abgeführt wird. Durch Schließen der Zu- und Abfuhrleitung am Adsorber und Öffnen der Stickstoff- Ablaßleitung kommt es über Druckentlastung zur Desoφtion. Der adsorbierte Stickstoff wird abgeführt, so daß der Adsorber sich regeneriert und anschließend wieder zur Ad- soφtion eingesetzt werden kann.Since an adsorber cannot be operated indefinitely with the same adsorption performance, a nitrogen discharge line is provided on the adsorber, via which the adsorbed nitrogen is discharged via pressure relief. By closing the supply and discharge line on the adsorber and opening the nitrogen discharge line, pressure relief leads to deodorization. The adsorbed nitrogen is removed so that the adsorber regenerates and can then be used again for adsorption.

Um einen Dauerbetrieb der Adsoφtionseinrichtung bei gleichbleibender Adsoφtionsleistung gewährleisten zu können, sind wenigstens zwei parallel geschaltete Adsorber vorgesehen. Zwischen diesen Adsorbern kann dann re- gelmäßig umgeschaltet werden. Zur Umschaltung dient eine Steuereinrichtung, die den Adsorbern vor- und nachgeschaltete Steuerventile entsprechend ansteuert. Bevorzugt ist es dabei, einen Adsorber mindestens 20 Sekunden zur Adsoφ- tion zu betreiben. Bevorzugt dauert die Adsoφtionsphase eines Adsorbers etwa eine Minute, bevor auf den anderen Adsorber umgeschaltet wird. Dabei bietet es sich besonders an, wenn die Adsorber für einen kurzen Zeitraum gleichzeitig betrieben werden, so daß zunächst beide Adsorber mit gleichem Innendruck parallel laufen und so in jedem Falle eine kontinuierliche Zuführung von sauerstoffangereicherter Verbrennungsluft zum Ausgleichsbehälter, sofern ein solcher vorgesehen ist, gewährleistet ist. Im übrigen ist, wie zuvor bereits ausgeführt worden ist, beim Betrieb von wenigstens zwei parallel geschalteten Adsorbern vorgesehen, daß nach dem Umschalten von dem einen Adsorber auf den anderen Adsorber der eine Adsorber geöffnet, der Überdruck also abgelassen wird, so daß der adsorbierte Stickstoff desor- biert. In diesem Zusammenhang bietet es sich besonders an, das Öffnen des Ad- sorbers nicht nur kurzzeitig vorzunehmen, sondern annähernd die hierfür zur Verfügung stehende Zeit zu nutzen, um den adsorbierten Stickstoff möglichst vollständig wieder auszutreiben. Zwar desorbiert beim Ablassen des Druckes des einen Adsorbers ein Großteil des Stickstoffes unverzüglich aus dem Adsoφti- onsmittel, die Desoφtion setzt sich allerdings auch im drucklosen Zustand noch fort.In order to be able to guarantee continuous operation of the adsorption device with constant adsorption performance, at least two adsorbers connected in parallel are provided. It is then possible to switch regularly between these adsorbers. A control device is used for switching over, which controls the adsorbers upstream and downstream control valves accordingly. It is preferred to operate an adsorber for at least 20 seconds for adsorption. The adsorption phase of one adsorber preferably lasts about one minute before switching to the other adsorber. It is particularly useful if the adsorbers are operated simultaneously for a short period of time, so that initially both adsorbers run in parallel with the same internal pressure and thus a continuous supply of oxygen-enriched combustion air to the expansion tank, if one is provided, is guaranteed , Incidentally, as has already been explained above, when operating at least two adsorbers connected in parallel, it is provided that after switching from one adsorber to the other adsorber the one adsorber is opened, so the excess pressure is released, so that the adsorbed nitrogen desor - beer. In this context, it is particularly advisable not only to open the adsorber briefly, but to use approximately the time available to expel the adsorbed nitrogen as completely as possible. While a majority of the nitrogen desorbs immediately from the adsorbent when the pressure of one adsorber is released, the desorption continues even in the depressurized state.

Außerdem kann auch vorgesehen sein, daß über entsprechende Leitungen eine Spülung der Adsorber während der jeweiligen Desoφtionsphase durchgeführt wird. Die Spülung kann mit "normaler" Verbrennungsluft, also aus der Umgebung angesaugter, nicht-sauerstoffangereichterter Luft, mit Abgasen aus dem Verbrennungsprozeß, aber auch mit sauerstoffangereicherter Verbrennungsluft aus dem Ausgleichsbehälter oder durch im Kreislauf geführte sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft durchgeführt werden. Vorteilhaft ist eine Durchspülung der Adsorber, also eine Spülung zum Ausblasen des Stickstoffes, um ein vollständigeres Desorbieren in entgegengesetzter Richtung zur Durchströmungsrichtung beim Adsorbieren zu erreichen.In addition, provision can also be made for the adsorbers to be rinsed during the respective desorption phase via corresponding lines. The purging can be carried out with "normal" combustion air, that is, from the environment, non-oxygen-enriched air, with exhaust gases from the combustion process, but also with oxygen-enriched combustion air from the expansion tank or with circulated oxygen-enriched combustion air. Flushing the adsorbers, that is, flushing to blow out the nitrogen, is advantageous in order to achieve more complete desorption in the opposite direction to the flow direction during adsorption.

Die Steuerung der erfindungsgemäßen Adsoφtionseinrichtung erfolgt vorzugs- weise über eine entsprechende Einrichtung. Bei einer einfachen Ausgestaltung erfolgt die Steuerung über 3 -Wege- Ventile und diese ansteuernde Relais. Bei den vorgenannten Bauteilen handelt es sich um gängige Komponenten, so daß ein einfacher und kostengünstiger Aufbau ohne weiteres gewährleistet ist. In jedem Falle läßt sich über die vorgenannte Steuerung in einfacher Weise die Zudosie- rang der sauerstoffangereicherten Verbrennungsluft erreichen.The adsorption device according to the invention is preferably controlled via a corresponding device. In a simple embodiment, the control takes place via 3-way valves and these relays that control them. The aforementioned components are common components, so that a simple and inexpensive construction is easily guaranteed. In any case, the above-mentioned control system allows the oxygen-enriched combustion air to be added in a simple manner.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß der Sauerstoffgehalt der Verbrennungsluft nach der Adsoφtion des Stickstoffs gemessen und in Abhängigkeit von der jeweiligenFurthermore, it is advantageous that the oxygen content of the combustion air is measured after the adsorption of the nitrogen and as a function of the particular one

Betriebssiruation der Hausheizungsanlage geregelt oder gesteuert wird. Auch dies erfolgt über die vorgenannte oder eine weitere Steuereinrichtung. Durch die Messung und die anschließende Regelung bzw. Steuerung läßt sich die Verbrennung der Hausheizungsanlage optimieren.Operating situation of the home heating system is regulated or controlled. This also takes place via the aforementioned or another control device. Through the Measurement and the subsequent regulation or control, the combustion of the house heating system can be optimized.

Die Adsorber können jeweils zylindrisch oder säulenförmig und im Hinblick auf die äußeren Abmaße baugleich sind. Der Ausgleichsbehälter hat ein um den Faktor 2 bis 10 größeres Volumen als jeder der Adsorber.The adsorbers can each be cylindrical or columnar and are identical in terms of their outer dimensions. The expansion tank has a volume 2 to 10 times larger than each of the adsorbers.

Das bzw. die Gehäuse des Adsorbers und/oder des Ausgleichsbehälters können aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bestehen. Es können aber auch andere metallische oder keramische Materialien eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist beispielsweise ein Schichtmaterial, bestehend aus einem Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl, in Verbindung mit Kunststoff. Dieses Schichtmaterial hat den Vorteil, daß es einerseits sehr leicht ist, andererseits aber aufgrund der metallischen Schicht diffusionsdicht ist.The housing or housings of the adsorber and / or the expansion tank can consist of aluminum or an aluminum alloy. However, other metallic or ceramic materials can also be used. For example, a layer material consisting of a metal, in particular aluminum or steel, in connection with plastic is particularly preferred. This layer material has the advantage that on the one hand it is very light, but on the other hand it is diffusion-tight due to the metallic layer.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigtFurther features and advantages result from the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Hausheizungsanlage,1 is a schematic representation of a house heating system according to the invention,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Teils einer erfindungsgemäßenFig. 2 is a cross-sectional view of part of an inventive

Hausheizungsanlage,House heating system,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hausheizungsanlage,3 shows a cross-sectional view of part of another embodiment of a house heating system according to the invention,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfϊndungsgemäßen Ad- soφtionseinrichtung zur Sauerstoffanreicherung eines Teils der4 shows a schematic illustration of an inventive absorption device for oxygen enrichment of part of the

Verbrennungsluft für eine Hausheizungsanlage,Combustion air for a house heating system,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Adsoφtionseinrichtung,5 shows a view corresponding to FIG. 4 of a further embodiment of an adsorption device according to the invention,

Fig. 6 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung einer anderen Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemäßen Adsoφtionseinrichtung und Fig. 4 eine der Fig. 4 im wesentlichen entsprechende Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Adsoφtionseinrichtung.FIG. 6 shows a representation corresponding to FIG. 4 of another embodiment of an adsorption device according to the invention and FIG. 4 is an illustration corresponding to FIG. 4 of a further adsorption device according to the invention.

In Fig. 1 ist schematisch eine Hausheizungsanlage 1 dargestellt, die gegenüber einer Industrieheizungsanlage eine erheblich geringere Heizleistung hat. DieIn Fig. 1, a house heating system 1 is shown schematically, which has a significantly lower heating output compared to an industrial heating system. The

Hausheizungsanlage 1 weist eine Kesselanlage 50 mit wenigstens einem BrennerHome heating system 1 has a boiler system 50 with at least one burner

51 auf. Des weiteren weist die Hausheizungsanlage 1 wenigstens eine Brennkammer 52 auf, in die der Brenner 51 gerichtet ist.51 on. Furthermore, the house heating system 1 has at least one combustion chamber 52 into which the burner 51 is directed.

Wesentlich ist nun, daß nicht nur eine einzige Brennkammer 52 sondern eine Mehrzahl von Brennkammern 52 vorgesehen ist und daß der Durchmesser der einzelnen Brennkammer 52 jeweils kleiner 30 cm ist. Damit ergibt sich eine In- nenquerschnittsfläche jeder Brennkammer von kleiner 706 cm². Eine besonders hohe Heizflächenbelastung und ein günstiger Wirkungsgrad ergibt sich dann, wenn die Innenquerschnittsfläche jeder Brennkammer 52 nicht größer als 200 cm², vorzugsweise nicht größer als 30 cm² ist. Mit der Angabe "nicht größer als 200 cm²" ist jeder einzelne Wert gemeint, der kleiner ist als 200 cm², also 199 cm², 198 cm² ... bis in den einstelligen Flächenbereich von bis zu 3 cm².It is essential that not only a single combustion chamber 52 but a plurality of combustion chambers 52 is provided and that the diameter of the individual combustion chamber 52 is in each case less than 30 cm. This results in an internal cross-sectional area of each combustion chamber of less than 706 cm ² . A particularly high heating surface load and a favorable efficiency result if the internal cross-sectional area of each combustion chamber 52 is not larger than 200 cm ² , preferably not larger than 30 cm ² . The expression "not larger than 200 cm ² " means each individual value that is smaller than 200 cm ² , i.e. 199 cm ² , 198 cm ² ... up to the single-digit area of up to 3 cm ² .

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind in durchgezogenen Linien sechs Brennkammern 52 vorgesehen, während bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform zehn Brennkammern 52 vorgesehen sind. Es ist allerdings darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Ausgestaltung weder auf sechs noch auf zehn Brennkammern 52 beschränkt ist. Es kann jede beliebige Anzahl von Brennkammern 52 verwendet werden. Die Anzahl der Brennkammern 52 hängt vom Wärmebedarf bzw. der zu erbringenden Heizleistung der Hausheizungsanlage 1 ab. Im übrigen versteht es sich, daß die Kesselanlage 50 eine der Anzahl der Brennkammern 52 entsprechende Anzahl von Brennern 51 aufweist, also jeder Brennkammer 52 ein Brenner 51 zugeordnet ist. Wie sich im übrigen insbe- sondere aus den Fig. 2 und 3 ergibt, sind die einzelnen Brennkammern 52 rohr- formig ausgebildet und untereinander gleich. Vorliegend hat jede BrennkammerIn the embodiment shown in FIG. 2, six combustion chambers 52 are provided in solid lines, while in the embodiment shown in FIG. 3 ten combustion chambers 52 are provided. However, it should be pointed out that the configuration according to the invention is not limited to six or ten combustion chambers 52. Any number of combustors 52 can be used. The number of combustion chambers 52 depends on the heat requirement or the heating output to be provided by the house heating system 1. Moreover, it goes without saying that the boiler system 50 has a number of burners 51 corresponding to the number of combustion chambers 52, that is to say a burner 51 is assigned to each combustion chamber 52. As can be seen in particular from FIGS. 2 and 3, the individual combustion chambers 52 are tubular and identical to one another. Each combustion chamber has here

52 einen Durchmesser von 5 cm.52 a diameter of 5 cm.

Nicht dargestellt ist, daß die Brennkammern 52 auch unterschiedlichen Größen bzw. Querschnitte haben können. In der einfachsten Ausgestaltung ist eineIt is not shown that the combustion chambers 52 can also have different sizes or cross sections. In the simplest embodiment, one is

Brennkammer mit einer ersten Innenquerschnittsfläche und eine zweite Brenn- kammer mit einer davon abweichenden, d. h. größeren oder kleineren zweiten Innenquerschnittsfläche vorgesehen. Es können aber auch eine Mehrzahl von Brennkammern jeweils mit der ersten Innenquerschnittsfläche und nur eine oder eine Mehrzahl von Brennkammern mit der zweiten Innenquerschnittsfläche vor- gesehen sein. Des weiteren können weitere Brennkammern mit weiteren Querschnittsflächen vorgesehen sein, die von den Querschnittsflächen der beiden vorgenannten Brennkammern abweichen. Im Ergebnis bietet die Erfindung damit die Möglichkeit, sogenannte Grund-, ggfs. Mittel- und Spitzenlastbrenner jeweils mit unterschiedlichen Brennkammergrößen mit unterschiedlichen Wärmelei- stungen vorzusehen.Combustion chamber with a first internal cross-sectional area and a second combustion chamber provided with a different, ie larger or smaller second inner cross-sectional area. However, a plurality of combustion chambers each with the first inner cross-sectional area and only one or a plurality of combustion chambers with the second inner cross-sectional area can also be provided. Furthermore, further combustion chambers with further cross-sectional areas can be provided which differ from the cross-sectional areas of the two aforementioned combustion chambers. As a result, the invention thus offers the possibility of providing so-called basic, possibly medium and peak load burners each with different combustion chamber sizes and with different heat outputs.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die einzelnen Brennkammern 52 nebeneinander in Ebenen in einem Heizkessel 53 angeordnet. Hierbei sind in der untersten Ebene, wie zuvor ausgeführt, sechs Brennkammern 52 vorgesehen, während in der darüberliegenden Ebene fünf weitere, gestrichelt angedeutete Brennkammern 52 vorgesehen sind. Dabei ist im übrigen vorgesehen, daß die Brennkammern 52 lediglich im unteren Bereich des Heizkessels 53 angeordnet sind. Demgegenüber sind die Brennkammern 52 bei der in Fig. 3 dargestellten Ausfuhrungsform ringförmig im Heizkessel 53 angeordnet. Es versteht sich, daß auch jede andere beliebige Anordnung der Brennkammern 52 innerhalb des Heizkessels 53 möglich ist. Auch die Form des Heizkessels 53 ist nicht auf die dargestellte Form beschränkt.In the embodiment shown in FIG. 2, the individual combustion chambers 52 are arranged side by side in levels in a heating boiler 53. As previously stated, six combustion chambers 52 are provided in the lowest level, while five further combustion chambers 52, indicated by dashed lines, are provided in the level above. It is also provided that the combustion chambers 52 are arranged only in the lower region of the boiler 53. In contrast, the combustion chambers 52 are arranged in a ring shape in the boiler 53 in the embodiment shown in FIG. 3. It goes without saying that any other arbitrary arrangement of the combustion chambers 52 within the boiler 53 is also possible. The shape of the boiler 53 is also not limited to the shape shown.

Nicht dargestellt ist, daß der Hausheizungsanlage 1 eine Steuereinrichtung gege- benenfalls mit zugehörigen Sensoren zugeordnet ist, die wärmebedarfsabhängig einzelne Brenner 52 automatisch zu- oder abschaltet. Über die Sensoren werden bedarfsweise die Außen-, die Rauminnen- und die Warmwassertemperatur erfaßt.It is not shown that the house heating system 1 is possibly assigned a control device with associated sensors which automatically switches individual burners 52 on or off depending on the heat requirement. If necessary, the outside, the inside and the hot water temperature are recorded via the sensors.

Im einzelnen nicht dargestellt ist, daß sich im Heizkessel 53 außerhalb der einzelnen Brennkammern 52 Wasser als Wärmeübertragungsmedium befindet. Auch die Zu- und Abläufe des Wassers vom Heizkessel 53 sind nicht dargestellt, genauso wenig wie der konkrete Verlauf der in Rauchgaszüge übergehenden Brennkammern 52. In jedem Falle ist es aber so, daß die bei der Verbrennung in den Brennkammern 52 entstehenden Rauchgase einem Rauchgassammeikanal 54 zugeführt werden, in den die Brennkammern 52 jeweils münden und der seiner- seits der in einen Kamin 55 übergeht. Zwischen dem Rauchgassammelkanal 54 und dem Kamin 55 befindet sich eine Regelabsperrklappe 56.It is not shown in detail that there is water 52 as the heat transfer medium in the boiler 53 outside the individual combustion chambers. The inflows and outflows of the water from the boiler 53 are also not shown, nor is the specific course of the combustion chambers 52 which pass into flue gas flues are fed into which the combustion chambers 52 each open and the on the one hand merges into a chimney 55. There is a control butterfly valve 56 between the flue gas collecting duct 54 and the chimney 55.

Der Hausheizungsanlage 1 zugeordnet ist eine Adsoφtionseinrichtung 2. Die Adsoφtionseinrichtung 2 weist wenigstens einen Adsorber mit einem stickstoffadsorbierenden Adsoφtionsmittel auf. Die Adsoφtionseinrichtung 2 dient damit zur Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft durch Abtrennung zumindest eines Teils des Stickstoffs aus der Verbrennungsluft. Aufgrund der Mehrzahl von Brennern 51 ist die Adsoφtionseinrichtung 2 mit einem Verteiler 57 gekoppelt, über den sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft den einzelnen Brenner 51 zugeführt wird.The house heating system 1 is assigned an adsorption device 2. The adsorption device 2 has at least one adsorber with a nitrogen-adsorbing adsorption agent. The adsorption device 2 thus serves to enrich the combustion air with oxygen by separating at least part of the nitrogen from the combustion air. Due to the plurality of burners 51, the adsorption device 2 is coupled to a distributor 57, via which the oxygen-enriched combustion air is fed to the individual burners 51.

In Fig. 4 ist die Adsoφtionseinrichtung 2 näher dargestellt. Die Hausheizungsanlage 1 selbst ist lediglich schematisch dargestellt.4, the adsorption device 2 is shown in more detail. The house heating system 1 itself is only shown schematically.

Wesentlich ist nun zunächst, daß die Adsoφtionseinrichtung 2 zur Abtrennung zumindest eines Teils des Stickstoffs aus der Verbrennungsluft vorgesehen ist. Hierzu weist die Adsoφtionseinrichtung 2 vorliegend zwei Adsorber 3, 4 auf. Es versteht sich, daß grundsätzlich auch eine Mehrzahl von in Reihe und/oder par- allel geschalteten Adsorbern vorgesehen sein kann. Jeder der Adsorber 3, 4 enthält ein stickstoffadsorbierendes Adsoφtionsmittel. Hierbei handelt es sich jeweils um ein Zeolith. Es versteht sich, daß grundsätzlich auch andere Adsoφtionsmittel Anwendung finden können.It is now essential that the adsorption device 2 is provided for separating at least a portion of the nitrogen from the combustion air. For this purpose, the adsorption device 2 has two adsorbers 3, 4 in the present case. It goes without saying that in principle a plurality of adsorbers connected in series and / or in parallel can also be provided. Each of the adsorbers 3, 4 contains a nitrogen adsorbing adsorbent. This is a zeolite. It goes without saying that in principle other adsorbents can also be used.

Neben dem Zeolith als Adsoφtionsmittel für Stickstoff ist in jedem Adsorber 3, 4 zusätzlich noch ein Trockenmittel für Wasserdampf vorgesehen. Das Trok- kenmittel stellt in Durchströmungsrichtung zur Adsoφtion die erste Schüttung im Adsorber dar. Die beiden Adsorber 3, 4 sind parallel geschaltet. Den Adsorbern 3, 4 vorgeschaltet ist jeweils ein Steuerventil 5, 6. Im übrigen sind den Ad- sorbern 3, 4 entsprechende Steuerventile 7, 8 nachgeschaltet.In addition to the zeolite as an adsorbent for nitrogen, a desiccant for water vapor is additionally provided in each adsorber 3, 4. The drying agent represents the first bed in the adsorber in the flow direction for adsorption. The two adsorbers 3, 4 are connected in parallel. A control valve 5, 6 is connected upstream of the adsorbers 3, 4. Furthermore, corresponding control valves 7, 8 are connected downstream of the adsorbers 3, 4.

Weiterhin ist den Adsorbern 3, 4 eine Verdichtungseinrichtung 9 vorgeschaltet. In der Verdichtungsemrichtung 9 wird die der Adsoφtionseinrichtung 2 zugeführte Verbrennungsluft verdichtet. Aus der Verdichmngseinrichtung 9 führt ei- ne Leitung 10, in der sich ebenfalls ein Steuerventil 11 befindet. Die Leitung 10 verzweigt sich in die Zuführleitungen 12, 13 zu den Adsorbern 3, 4, in denen die Steuerventile 5, 6 vorgesehen sind. Von den Zuführleitungen 12, 13 ist jeweils eine Abführleitung 14, 15 abgezweigt, wobei in jeder Abführleitung 14, 15 ein Steuerventil 16, 17 vorgesehen ist. Die Abführleitungen 14, 15 führen schließlich in eine gemeinsame Ablaßleitung 18. Ausgangsseitig schließen sich an die Ad- sorber 3, 4 Abführleitungen 19, 20 an, in denen sich die Steuerventile 7, 8 befinden. Die Abführleitungen 19, 20 führen über eine gemeinsame Abfuhrleitung 21 in einen den Adsorbern 3, 4 nachgeschalteten Ausgleichsbehälter 22, der als Puffer für sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft dient.Furthermore, a compression device 9 is connected upstream of the adsorbers 3, 4. The combustion air supplied to the adsorption device 2 is compressed in the compression device 9. A line 10 leads from the compression device 9 and also contains a control valve 11. The line 10 branches into the feed lines 12, 13 to the adsorbers 3, 4, in which the Control valves 5, 6 are provided. A discharge line 14, 15 is branched off from the feed lines 12, 13, a control valve 16, 17 being provided in each discharge line 14, 15. The discharge lines 14, 15 finally lead into a common discharge line 18. On the output side, the adsorbers 3, 4 are connected to discharge lines 19, 20, in which the control valves 7, 8 are located. The discharge lines 19, 20 lead via a common discharge line 21 into an expansion tank 22 connected downstream of the adsorbers 3, 4, which serves as a buffer for oxygen-enriched combustion air.

An den Ausgleichsbehälter 22 schließt sich eine Abführleitung 23 an, in der sich ebenfalls ein Steuerventil 24 befindet. In die Abführleitung 23 mündet im übrigen eine die Adsoφtionseinrichtung 1 überbrückende Bypaßleirung 25, in der sich ebenfalls ein Steuerventil 26 befindet. Vorliegend ist die Bypaßleirung 25 mit der Verdichtungseimichtung 9 verbunden. Dies kann, muß aber nicht der Fall sein. Die Leitung 23 führt zur Brenneinrichtung 50.A discharge line 23 connects to the expansion tank 22 and also contains a control valve 24. In addition, a bypass line 25 bridging the adsorption device 1 opens into the discharge line 23, in which a control valve 26 is also located. In the present case, the bypass line 25 is connected to the compression unit 9. This may or may not be the case. The line 23 leads to the combustion device 50.

Des weiteren weist die Adsoφtionseimichtung 2 eine Steuereinrichtung 27 auf, die unter anderem zur Umschaltung der Adsorber 3, 4 dient, so daß die Adsorber im Wechsel betrieben werden können. Die Steuereinrichtung 27 steuert hierzu die zuvor genannten Steuerventile an, wie dies nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.Furthermore, the adsorption device 2 has a control device 27 which serves, among other things, to switch over the adsorbers 3, 4 so that the adsorbers can be operated alternately. For this purpose, the control device 27 controls the previously mentioned control valves, as will be described in detail below.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten dadurch, daß statt der Bypaßleirung 25 die Leitung 10 durchgehend ist, die Abführleitung 23 also in die Leitung 10 mündet. Bei der Ver- dichrungseinrichtung 9 handelt es sich vorliegend um einen Kolbenverdichter.The embodiment shown in FIG. 5 differs from that shown in FIG. 4 in that, instead of the bypass line 25, the line 10 is continuous, that is, the discharge line 23 opens into the line 10. The compression device 9 is a piston compressor in the present case.

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführangsform dadurch, daß die Steuerventile 5, 6 und 16, 17 durch zwei 3-Wege- Ventile 28, 29 ersetzt worden sind, die relaisgesteuert sind. Des weiteren sind die Steuerventile 7, 8 durch Rückschlagventile 30, 31 ersetzt worden. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine sehr einfache und kostengünstige Ausgestaltung. Schließlich darf darauf hingewiesen, daß eine Überwachungseimichtung zur Überwachung eines zündfähigen Gemisches im Gesamtsystem nach Abschalten des Systems vorgesehen sein kann.The embodiment shown in FIG. 6 differs from the previously described embodiment in that the control valves 5, 6 and 16, 17 have been replaced by two 3-way valves 28, 29 which are relay-controlled. Furthermore, the control valves 7, 8 have been replaced by check valves 30, 31. This embodiment is a very simple and inexpensive embodiment. Finally, it may be pointed out that a monitoring device can be provided for monitoring an ignitable mixture in the overall system after the system has been switched off.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der der Hausheizungsanlage 1 zugeordneten Adsoφtionseinrichtung 2 läuft nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 derart ab, daß zunächst Luft von der Verdichtungseinrichtung 9 angesaugt wird. Die Steuerung der Hausheizungsanlage 1 ist dabei im übrigen bei einer bevorzugten Ausführungsform derart ausgelegt, daß zunächst die Ver- dichtungseinrichtung 9 startet, bevor die Zündung des Gemisches aus Brennstoff und Verbrennungsluft in den einzelnen Brennkammern 52 erfolgt. Hierdurch ist sichergestellt, daß schon zu Beginn des Verbrennungsprozesses den einzelnen Brennkammern 52 sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft zugeführt werden kann. In der Verdichtungseinrichtung 9 wird die Verbrennungsluft dann auf ei- nen für den optimalen Betrieb der Zeolithe erforderlichen Überdruck verdichtet. Zumindest ein Teil der Verbrennungsluft wird über die Leitung 10 und das geöffnete Steuerventil 11 dem Adsorber 3 zugeführt. Das Steuerventil 5 ist in diesem Falle geöffnet, das Steuerventil 6 ist hingegen geschlossen. Im übrigen sind auch die Steuerventile 16 und 20 geschlossen. Das Steuerventil 17 ist hingegen geöffnet.The method according to the invention for operating the adsorption device 2 assigned to the house heating system 1 now runs with reference to FIG. 4 in such a way that air is first drawn in by the compression device 9. In a preferred embodiment, the control of the house heating system 1 is designed such that the compression device 9 starts before the mixture of fuel and combustion air is ignited in the individual combustion chambers 52. This ensures that oxygen-enriched combustion air can be supplied to the individual combustion chambers 52 at the beginning of the combustion process. The combustion air is then compressed in the compression device 9 to an overpressure required for optimal operation of the zeolites. At least part of the combustion air is fed to the adsorber 3 via the line 10 and the opened control valve 11. In this case, the control valve 5 is open, but the control valve 6 is closed. In addition, the control valves 16 and 20 are closed. The control valve 17, however, is open.

Die verdichtete Verbrennungsluft strömt nun durch den Adsorber 3, und zwar zunächst durch das Trockenmittel und anschließend durch das Stickstoff adsorbierende Zeolith. Durch die Adsoφtion des Stickstoffes ergibt sich eine Sauer- Stoffanreicherung der Verbrennungsluft, die dann über die Leitung 19 und das geöffnete Steuerventil 7 den Adsorber 3 wieder verläßt und anschließend über die Abfuhrleitung 21 dem Ausgleichsbehälter 22 zugeführt wird. Die sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft aus dem Ausgleichsbehälter 22 strömt über die Abführleitung 23 und das geöffnete Steuerventil 24 in Richtung der Haushei- zungsanlage 1. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang im übrigen, daß die sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft noch immer unter einem Überdruck steht und in diesem Zustand den Brennkammern 52 zugeführt wird. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Bildung des Gemisches aus Brennstoff und sauerstoffangereicherter Verbrennungsluft vor Eintritt in die jeweiligen Brennkammern 52 oder innerhalb der Brennkammern 52 stattfindet. Um einen dauerhaften Betrieb der Adsoφtionseinrichtung 2 zu gewährleisten, wird in regelmäßigen Abständen je nach Sättigung des im Betrieb befindlichen Adsorbers zwischen den Adsorbern 3, 4 umgeschaltet. Nachdem zuvor der eine Adsorber 3 zur Adsoφtion durchströmt worden ist, werden bei geöffneten Steu- erventilen 5, 7 die Steuerventile 6, 8 geöffnet, nachdem zuvor das Steuerventil 17 geschlossen worden ist. Die über die Verdichtungseinrichtung 9 komprimierte Verbrennungsluft strömt dann kurzzeitig durch beide Adsorber 3, 4, um Drack- schwankungen in der Sauerstofferzeugung weitgehend zu vermeiden. Anschließend werden die Steuerventile 5, 7 geschlossen, so daß die komprimierte Verbrennungsluft nur noch durch den Adsorber 4 strömt und, in gleicher Weise wie zuvor beschrieben, dem Ausgleichsbehälter 22 zugeführt wird. Mit Schließen der Steuerventile 5, 7 wird das Steuerventil 16 geöffnet. Durch Öffnen des Steuerventils 16 findet ein Druckabbau im Adsorber 3 und eine gleichzeitige De- soφtion des Stickstoffes im Adsorber 3 statt. Die im Adsorber 3 befindliche Verbrennungsluft, die dann sehr stark mit Stickstoff angereichert ist, strömt über die Abflußleitung 18 ab. Das Steuerventil 16 bleibt so lange geöffnet, wie die Steuerventile 5, 7 geschlossen sind, der Adsorber 3 sich also nicht in der Ad- soφtionsphase befindet. Hierdurch kann der Stickstoff aus dem Adsoφtionsmittel im Adsorber 3 im wesentlichen vollständig desorbieren. Gegen Ende des Adsoφtionsvorganges im Adsorber 4 wird dann das Steuerventil 16 wieder geschlossen und anschließend werden die Steuerventile 5, 7 geöffnet. Nach einer kurzen Zeitdauer werden die Steuerventile 6, 8 wieder geschlossen, so daß anschließend das Steuerventil 17 wieder geöffnet wird, um die Desoφtion des Stickstoffs aus dem Adsoφtionsmittel im Adsorber 4 zu ermöglichen. Die Ab- führung des Stickstoffs erfolgt vorzugsweise über den Kamin.The compressed combustion air now flows through the adsorber 3, first through the desiccant and then through the nitrogen-adsorbing zeolite. The adsorption of the nitrogen results in an oxygen enrichment of the combustion air, which then leaves the adsorber 3 again via the line 19 and the opened control valve 7 and is then fed to the expansion tank 22 via the discharge line 21. The oxygen-enriched combustion air from the expansion tank 22 flows via the discharge line 23 and the open control valve 24 in the direction of the domestic heating system 1. In this connection, it is also advantageous that the oxygen-enriched combustion air is still under an overpressure and in this state the combustion chambers 52 is supplied. It does not matter whether the mixture of fuel and oxygen-enriched combustion air is formed before entering the respective combustion chambers 52 or within the combustion chambers 52. In order to ensure permanent operation of the adsorption device 2, the adsorbers 3, 4 are switched over at regular intervals depending on the saturation of the adsorber in operation. After an adsorber 3 has been flowed through beforehand for adsorption, the control valves 6, 8 are opened when the control valves 5, 7 are open after the control valve 17 has been closed beforehand. The combustion air compressed via the compression device 9 then flows briefly through both adsorbers 3, 4 in order to largely avoid pressure fluctuations in the generation of oxygen. Then the control valves 5, 7 are closed so that the compressed combustion air only flows through the adsorber 4 and, in the same way as described above, is fed to the expansion tank 22. When the control valves 5, 7 are closed, the control valve 16 is opened. By opening the control valve 16 there is a pressure reduction in the adsorber 3 and a simultaneous de-soφtion of the nitrogen in the adsorber 3. The combustion air in the adsorber 3, which is then very strongly enriched with nitrogen, flows out via the drain line 18. The control valve 16 remains open as long as the control valves 5, 7 are closed, ie the adsorber 3 is not in the adsorption phase. As a result, the nitrogen from the adsorbent in the adsorber 3 can be substantially completely desorbed. Towards the end of the adsorption process in the adsorber 4, the control valve 16 is then closed again and then the control valves 5, 7 are opened. After a short period of time, the control valves 6, 8 are closed again, so that the control valve 17 is then opened again to enable the deodorization of the nitrogen from the adsorbent in the adsorber 4. The nitrogen is preferably removed via the chimney.

Nicht dargestellt ist, daß der Sauerstoffgehalt der Verbrennungsluft nach der Adsoφtion gemessen und in Abhängigkeit von der Betriebssituation der Hausheizungsanlage geregelt oder gesteuert werden kann. Hierzu kann bedarfsweise über die Steuerventile 24, 26 ein mehr oder minder größerer Anteil von sauerstoffangereicherter Verbrennungsluft oder nicht-sauerstoffangereicherter Verbrennungsluft den Brennkammern 52 zugeführt werden. Die Steuerventile 24, 26 lassen also eine Mengenverstellung zu. Die Einstellung der Menge bzw. des Verhältnisses von sauerstoffangereicherter und nicht-sauerstoffangereicherter Verbrennungsluft erfolgt über die Steuereinrichtung 27. Im übrigen wird auch automatisch in Abhängigkeit des jeweiligen Wärmebedarfs gesteuert, welche und wie viele Brenner betrieben werden. Dies kann bedarfsweise vom jeweiligen Benutzer selbst eingestellt bzw. programmiert werden.It is not shown that the oxygen content of the combustion air can be measured after the adsorption and can be regulated or controlled depending on the operating situation of the house heating system. For this purpose, if necessary, a more or less large proportion of oxygen-enriched combustion air or non-oxygen-enriched combustion air can be fed to the combustion chambers 52 via the control valves 24, 26. The control valves 24, 26 thus allow a quantity adjustment. The setting or the ratio of oxygen-enriched and non-oxygen-enriched combustion air is carried out via the control device 27. Otherwise, which of the heating requirements is also controlled automatically and how many burners are operated. If necessary, this can be set or programmed by the respective user.

Wird die Hausheizungsanlage 1 abgestellt, so werden die Ventile 7, 8 und 24 ge- schlössen, so daß sich der im Ausgleichsbehälter 22 vorhandene Druck hält bzw. nicht abfallt. Der zuvor beschriebene Verfahrensablauf gilt im übrigen in gleicher Weise für die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen.If the house heating system 1 is turned off, the valves 7, 8 and 24 are closed so that the pressure in the expansion tank 22 is maintained or does not drop. The procedure described above also applies in the same way to the embodiments shown in FIGS. 5 and 6.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der den Brennkammern 52 über eine Leitung 41 nicht-sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft zugeführt wird, während über die Leitung 23 bzw. Zuführung, die von der Leitung 41 unabhängig ist, sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft zugeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, an ganz bestimmten Stellen gezielt in den Brennkammern Sauerstoff zuzugeben, um eine verbesserte Verbrennung gewährleisten zu kön- nen. In diesem Fall wird über die Leitung 41 nicht sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft den einzelnen Brennern 51 über den Verteiler 57 zugeführt. Unabhängig davon kann über die Leitung 23 nach entsprechender Verzweigung über einen nicht dargestellten Verteiler den einzelnen Brennkammern 52 sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft an ganz bestimmten Stellen gezielt zuge- führt werden.7 shows an embodiment in which non-oxygen-enriched combustion air is supplied to the combustion chambers 52 via a line 41, while oxygen-enriched combustion air is supplied via the line 23 or supply which is independent of the line 41. In this way it is possible to specifically add oxygen to the combustion chambers at very specific points in order to ensure improved combustion. In this case, combustion air that is not oxygen-enriched is supplied to the individual burners 51 via the distributor 57 via the line 41. Irrespective of this, oxygen-enriched combustion air can be supplied in a specific manner to the individual combustion chambers 52 via line 23 after corresponding branching via a distributor (not shown).

Im übrigen versteht es sich, daß alle dargestellten Ausführungsformen grundsätzlich auch miteinander kombinierbar sind. For the rest, it goes without saying that all of the illustrated embodiments can in principle also be combined with one another.

Claims

claims:

1. House heating system (1) for heating buildings and for hot water preparation, with a maximum output of 1 MW, with a boiler system (50) having at least one burner (51) and with at least one combustion chamber (52), the burner (51) is directed into the combustion chamber (52), characterized in that a plurality of combustion chambers (52) is provided and that the inner cross-sectional area of the individual combustion chambers (52) is in each case less than 700 cm ² .

2. House heating system according to claim 1, characterized in that the inner cross-sectional area of the individual combustion chambers (52) is between 400 cm ² and 3 cm ² , preferably between 300 cm ² and 10 cm ² and is in particular less than 30 cm ² .

3. House heating system according to claim 1 or 2, characterized in that at least one combustion chamber (52) with a first inner cross-sectional area and at least one combustion chamber (52) with a second inner cross-sectional area are provided, the first inner cross-sectional area and the second inner cross-sectional area being different.

4. House heating system according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chambers (52) are tubular-shaped.

5. Home heating system according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chambers (52) are arranged side by side in one or more levels in a boiler (53) or that the combustion chambers (52) are arranged in a ring in a boiler (53).

6. House heating system according to claim 5, characterized in that the combustion chambers (52) are arranged only in the lower region of the boiler (53).

7. House heating system according to one of the preceding claims, characterized in that such a trained, preferably freely programmable Control device is provided that individual burners (51) are automatically switched on or off depending on the heat demand.

8. House heating system according to one of the preceding claims, characterized in that the boiler system (50) at least one at least one adsorber (3, 4) with a nitrogen adsorbing Adsoφtionsmittel Adsoφtionseimichtung (2) for oxygenation of the combustion air by separating at least a portion of the nitrogen from is assigned to the combustion air.